锐前缘气动加热受非平衡真实气体效应的工程理论
新型近空间锐前缘高超声速飞行器飞行过程中，锐前缘附近的气体流动会受到局部稀薄气体效应和非平衡真实气体效应的影响，其气动加热特征与传统大钝头航天器有所不同。由于稀薄流动中分子碰撞率较低，致使化学反应速率趋缓，而锐前缘本身尺寸又较小，因此在前缘驻点边界层之内和之外的流动都可能是化学非平衡的，以往工程中预测前缘驻点热流常用的基于平衡或冻结边界层假设的Fay-Riddell公式失效，亟需建立新的工程理论，来预测化学非平衡流动情况下的锐前缘气动加热特征。本文首先提出了高超声速前缘驻点线上气体离解-复合非平衡流动的广义的能量传递模型，基于该模型可以把驻点线流动划分为边界层之外的离解非平衡流动和边界层之内的复合非平衡流动。然后，基于理想离解气体模型的激波映射法，把边界层外流动和一维正激波后的化学非平衡流动建立了映射关系，因而可以根据我们早先提出的正激波后化学非平衡流动的解析结果，直接预测处边界层外缘气体流动的非平衡状态；对于边界层内部的复合非平衡流动，我们分析了化学反应的相对影响大小，提出了一个衡量流动非平衡程度的判据Zr。最后，根据边界层外缘气体非平衡离解度和边界层内流动的非平衡判据，够建了计入非平衡真实气体效应的驻点热流预测桥函数公式。本文同时也采用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法计算结果验证了模型理论分析结果的可靠性。该研究工作是钱学森“技术科学”思想的一次具体实践，其结果既具有重要的理论意义，同时也能够直接在工程实践快速估算中得到应用。
高超声速飞行器 锐前缘 气体效应 前缘驻点热流 能量传递模型 非平衡状态
王智慧 鲍麟 童秉纲
中国科学院研究生院,北京100049
国内会议
哈尔滨
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1-11
2011-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）